聚合物乳液的合成及其在鉆井液中的應(yīng)用

王 琳，錢曉琳

（中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

聚合物乳液的合成及其在鉆井液中的應(yīng)用

王 琳*，錢曉琳

（中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101）

以丙烯酰胺、丙烯酸鉀及陽離子單體為原料，采用反相乳液聚合的方法合成了一系列共聚物乳液，進(jìn)行了分子量、水溶性與對鉆井液性能影響的室內(nèi)測試。實驗結(jié)果表明，合成的聚合物乳液具有較好的增黏、降濾失、抗鹽性能，可作為鉆井液添加劑使用。

反相乳液聚合；鉆井液添加劑；性能評價

乳液聚合物作為鉆井液添加劑，不但具有增粘、提切、降濾失、防塌、潤滑的作用，而且溶解迅速，克服了因聚合物顆粒溶解不徹底形成“魚眼”造成的浪費和性能降低[1-2]。并且反相乳液聚合具有反應(yīng)速度快、體系溫度均勻易控、產(chǎn)品的固含量較高的優(yōu)點，反應(yīng)產(chǎn)物毋須處理，可直接作為鉆井液添加劑使用[3-6]。本文以反相乳液聚合方法合成了可用于鉆井液添加劑的聚合物產(chǎn)品。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

原料：丙烯酰胺、丙烯酸、氫氧化鉀、非離子表面活性劑、去離子水、白油均為工業(yè)級，陽離子單體（室內(nèi)合成），引發(fā)劑、乙醇、庚烷均為分析純試劑，高純氮，轉(zhuǎn)相劑。

儀器：烏氏粘度計，恒溫水浴，四口瓶，攪拌器，溫控儀，ZNN-D6旋轉(zhuǎn)粘度計，ZNS-1型中壓泥漿濾失測定儀。

1.2 乳液聚合物的合成

在裝有恒壓加料器、攪拌器、溫度計、通氣排氣管500ml的四口瓶中，加入一定量的白油和非離子表面活性劑,加熱使之溶解，氮氣保護(hù)下快速攪拌,同時滴加一定量的丙烯酰胺、丙烯酸鉀及陽離子單體的混合水溶液,加完后繼續(xù)氮氣吹掃，至反應(yīng)溫度時加入引發(fā)劑，氮氣鼓泡脫除O2約20min。控制一定反應(yīng)溫度至反應(yīng)轉(zhuǎn)化完全，加入一定比例的轉(zhuǎn)相劑，合成了3種乳液聚合物A、B、C。

1.3 分子量測定

用乙醇對乳液聚合物進(jìn)行分級處理，干燥所得白色粉末研細(xì)后在庚烷中攪拌24h，濾餅真空干燥后用于分子量的測定。

采用烏氏粘度計法測其粘均相對分子質(zhì)量。粘均相對分子質(zhì)量計算公式如下：

式中：t溶液——試樣溶液流經(jīng)時間，s；

t溶劑——硝酸鈉溶液的流經(jīng)時間，s；

ηr——相對粘度；

η——特性粘數(shù)，mL/g；

ηsp——增比粘數(shù)；

Mη——粘均相對分子質(zhì)量；

C——試樣溶液濃度，g/100mL。

采用上述試驗方法測得3種乳液聚合物的特性粘數(shù)和相對分子質(zhì)量見表1。

表1 乳液聚合物的特性粘數(shù)和相對分子質(zhì)量

1.4 基漿配制

按4%加量稱取膨潤土，攪拌條件下加至80℃自來水中，攪拌均勻后加入0.4%Na2CO3，繼續(xù)攪拌2h，放置老化24h后備用。

1.5 鉆井液流變性測試方法

在基漿中加入乳液聚合物A、B、C，高速攪拌10min，采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計測試鉆井液的流變性。

1.6 降濾失性的測定方法

按照國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T5621-93，采用ZNS-1型中壓泥漿濾失測定儀測定API濾失量。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液聚合物的水溶性測試

攪拌條件下，向200mL水中加入乳液聚合物1.0g，可見乳液聚合物分散迅速，完全溶解的時間均小于2min。

2.2 乳液聚合物對鉆井液性能的影響

乳液聚合物對鉆井液性能的影響見表2?？梢钥闯?，乳液聚合物的加入可使鉆井液的表觀粘度、動切力增大，失水量減少。當(dāng)乳液聚合物加量0.4%時，可達(dá)到鉆井液性能的基本要求，滿足上部鉆井工程的需要。

表2 乳液聚合物對鉆井液的影響

2.3 乳液聚合物的抗鹽能力測試

為考察乳液聚合物的抗鹽能力，在含不同加量的氯化鈉的基漿中加入1.2%的乳液聚合物A、B，測試鉆井液性能見表4?？梢钥闯觯瑑煞N乳液聚合物都具有較強(qiáng)的抗鈉鹽的能力，抗鹽可達(dá)20%，在加量較少時就顯示出好的增粘、降失水效果。

表3 添加劑的抗鹽能力測試

3 結(jié)論

(1)乳液聚合物鉆井液添加劑易溶于水，可直接加入鉆井液中使用。

(2)采用乳液聚合法制得的3種乳液聚合物作為鉆井液添加劑，具有較好增粘、提切、降失水性能。當(dāng)乳液聚合物加量0.4%時，即可達(dá)到鉆井液性能的基本要求，滿足上部鉆井工程的需要。

(3)乳液聚合物抗鹽可達(dá)20%，具有較強(qiáng)的抗鹽能力。

[1]王建莉，王金良，周曉，等.乳液聚合在油田開發(fā)應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J].石油化工，2013,42(2):243-247.

[2]姚杰，馬禮俊，萬濤，等.反相微乳液SSS/AA/AM三元共聚物鉆井液降濾失劑［J］.鉆井液與完井液，2010，27（5）：18-21.

[3]羅躍，王志龍，鄭力軍，等.反相乳液聚合制備陽離子聚丙烯酰胺及其絮凝性能評價［J］.油氣田環(huán)境保護(hù)，2009（5）：49-51.

[4]程明.鉆井液增粘劑的合成及性能評價［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（3）：27.

[5]馬貴平.喻發(fā)全，蘇亞明，等.AA/AM/AMPS超濃反相乳液聚合合成鉆井液降濾失劑的研究［J］.油田化學(xué)，2006，23（1）：1-4.

[6]馬貴平，陳榮華，陳永惠，等.AA/AM/AMPS共聚物降濾失水劑的超濃反相乳液聚合及性能研究［J］.精細(xì)石油化工進(jìn)展，2006，7（9）：1-3.

TE254.4

B

1004-5716(2015)12-0044-03

2015-07-27

2015-07-31

王琳（1970-），女（漢族），山東德州人，高級工程師，現(xiàn)從事鉆油田化學(xué)劑研究工作。